UA53724C2 - Турбореактивний двоконтурний двигун - Google Patents

Abstract

Турбореактивний двоконтурний двигун включає дозвуковий повітрозабірник, компресор низького і високого тиску, двоконтурне реактивне сопло, причому у дозвуковому повітрозабірнику застосуються три робочих колеса осьового вентилятора, останнє з котрих жорстко зв'язане з порожнистим ротором компресора низького тиску, усередині якого розташований циліндричний редуктор осьового вентилятора, що, з одного боку, шийкою свого корпуса жорстко зв'язаний із корпусом двигуна через диск направляючого апарата, розташованого між компресором низького і високого тиску, а з другою боку осьовий вентилятор і циліндричний редуктор спираються на підшипник вала першого робочого колеса осьового вентилятора. Застосування у дозвуковому повітрозабірнику трьох робочих коліс осьового вентилятора, а також застосування у двоконтурному реактивному соплі двох (і більше) робочих коліс надзвукового осьового вентилятора дозволяє повністю усунути причину заглушення двигунів при зльоті, наборі висоти та посадці літальних апаратів з турбореактивними двоконтурними двигунами, дозволяє знизити децибельну характеристику двигуна, підвищити тягу, особливо у польоті, підвищити надійність польотів за рахунок збереження кутів атаки на лопатках робочих коліс дозвукового і надзвукового осьових вентиляторів рівними нулю на будь-яких режимах роботи.

Description

Опис винаходу

Винахід відноситься до галузі авіддвигунобудівництва.

Самим небезпечним недоліком авіаційних двигунів є заглохання для ТРДД, ТРД, або втрата гвинтової тягової сили для ТВД при взльоті та наборі висоти до 400м, а також у польоті, включаючи посадку. На прикладі ряду аналогів та прототипу послідовно розкриємо фізичну суть цього недоліку та його впливання на екологію навколишнього середовища, безпечність польотів, техніко-економічні показники двигунів,

Відомі гребні та повітряні одинарні гвинти ТВД, (|, с. 352. Відомо також, що під впливом розрідження 70 перед повітряним гвинтом повітряний потік від зони спокійного потоку Н до вхідної кромки лопасті повітряного гвинта рухається з наростаючим прискоренням.

Відомо також, що у всіх авіаційних двигунах, включаючи повітряний гвинт, після вхідної кромки лопастей, або лопаток першого робочого колеса, іде стиснення потоку. Кінематичний аналіз зміни осьових швидкостей та прискорень потоку у цих гвинтах по міделю показує, що на вхідній кромці останніх має місце так звана 72 кінематична зона (зона В) жорсткого динамічного удару, тобто це місце, де прискорення потоку миттєво змінює своє значення, миттєва сила жорсткого динамічного удару при цьому дорівнює:

Руд - тгауд (1) де т, - секундна масова витрата повітря через січню В, ауд - прискорення удару.

Уся сила жорсткого динамічного удару припадає на елементарний об'єм повітря у зоні січні В, тиск у якому миттєво зростає, вибивая потужну ударну хвилю у коливальному режимі (звук), фронт якої несе в собі зайвий тиск цього елементарного об'єму повітря. Будучи направлена проти потоку, ударна хвиля у коливальному с режимі при взльоті та наборі висоти до 400м зменшує Са (осьову швидкість входу потоку у робоче колесо), о звеличує кут атаки і, що приводить до зриву потоку з випуклої частини лопасті при одночасному звеличенню аеродинамічного навантаження на лопасті повітряного гвинта, що може привести до поломки лопастей, катастрофи. Якщо зрив потоку зі спинки лопастей носить розвинений характер, наступає втрата тягової гвинтової сили, катастрофи, які багаторазово мали і мають місце у вітчизняній та закордонній практиці. «

Таким чином, головним недоліком одинарних гребних та повітряних гвинтів є присутність однієї кінематичної сч зони жорсткого динамічного удару (зона В), котра є генератором потужних коливань потоку (звука), що звеличує втрати потуги, що означає звеличення потреби палива, що одноряд зі звуком погіршує екологію навколишнього /-їч- середовища, суттєво звужує діапазон стійкої роботи (знижує безпечність польотів), накладає обмеження на Са, со у, М, Мо, знижує техніко-економічні показники движунів.

Відомі контробертаючі гребні та повітряні гвинти, (|, с. З53, двигунів з біротативною турбіною. Іс)

Кінематичний аналіз зміни осьових швидкостей та прискорень потоку у цих гвинтах по міделю показує, що на вхідній кромці лопастей першого робочого колеса (зона В) і на вхідній кромці лопастей другого контробертаючого робочого колеса (зона В') мають місце кінематичні зони (В, В") жорсткого динамічного удару, « котрі є потужними генераторами ударних хвиль (звука) у коливальному режимі При взльоті та наборі висоти до д400м розповсюдження ударних хвиль у коливальному режимі проти потоку приводить до різкого зменшення Са, З с звеличенню кута атаки і, що приводить до зриву потоку з випуклої частини лопастей першого повітряного гвинта » при одночасному звеличенню аеродинамічного навантаження на лопасті, що може привести до поломки лопастей, катастрофи.

Ударна хвиля (у зоні В) у коливальному режимі за потоком приводить до різкого звеличення С а на вході у лопасті другого контробертаючого повітряного гвинта, що приводить до зменшення кута атаки і, до розвиненого о зриву потоку з вогнутої частини лопастей, до втрати тягової гвинтової сили, катастрофи. оз Спільна дія ударних хвиль, генеруємих у зонах В і В", може привести до інтерференцій ударних хвиль між - січнями В і В' що теж може мати фатальний характер.

Таким чином, головним недоліком контробертаючих гребних та повітряних гвинтів є присутність двох іме) 7о кінематичних зон (В, В') жорсткого динамічного удару, проміж котрими можуть виникнути

Т» інтерференційно-резонансні зони. Усі ці зони є генераторами потужних коливань потоку (звуку), що звеличує втрати потуги, що означає звеличення потреби палива, що одноряд зі звуком погіршує екологію навколишнього середовища, суттєво звужує діапазон стійкої роботи (знижує безпечність польотів), накладає обмеження на Са, у, Му М/о, знижує техніко-економічні показники двигунів (контробертаючих гребних та повітряних гвинтів).

Відомим також є турбореактивний двоконтурний двигун (ТРДД), (1, с. 17, 350, вибраний нами за прототип. (Ф) Цей двигун має дозвуковий повітрязабірник, компресор низького та вьісокого тиску (КНД, КВД), камеру горіння, г двоконтурне реактивне сопло.

Дозвуковий повітрязабірник при швидкості польоту МахСа, де Са - осьова швидкість входу потоку у перше во робоче колесо КНД, завжди працює у режимі прискорення потоку. Загальноприйнятою швидкістю входу потоку є

Ся - 200...220 м/с . Але зараз вже експлуатуються ТРДД Д-18, у котрих С. - 240м/с.

Характеристики дозвукових повітрязабірників приведені у ||, с. 82-83, І/ із котрих маємо , що розріджений (Ми-О, взльотний режим), повітряний потік, попадаючи у розширююче сопло дозвукового повітрязабірника, розширюється та гальмується до абсолютно нерозрахункової осьової швидкості тільки своєю периферійною 65 частиною (20905), середня ж частина потоку (780905) у силу своєї інерційності, не розширюється і не гальмується, а продовжує прискорюватися і врізається у вхідні кромки лопаток першого робочого колеса КНД з наростаючим прискоренням. Це є свідченням того, що "сьогоденні" дозвукові повітрязабірники любих ТРД і ТРДД абсолютно неспроможні забезпечити 10095 синусоїдальну зміну осьових швидкостей потоку з метою плавного, безударного входження у характеристику зміни осьових швидкостей потоку компресора низького тиску.

У "сьогоденній" теорії ВРД придумана заспокоююча гіпотеза плоских січень, згідно котрій лопатки першого робочого колеса КНД розраховуються по середній швидкості Са, це означає, що комель і периферія лопатки першого робочого колеса КНД постійно, на любому режимі, працюють у режимі зриву потоку з випуклої частини лопатки.

Характер зміни осьових швидкостей у компресорі низького та високого тиску приводиться у |21, с. 94. 70 Характеристика зміни осьових швидкостей потоку від вихідного січення камери горіння до вихідного січення двоконтурного реактивного сопла може бути розрахована по характеру зміни статичного тиску на поверхня газодинамічного тракту, (|, с. 160. Характер зміни статичного тиску на поверхня газодинамічного тракту від вихідного січення камери горіння до вихідного січення двоконтурного реактивного сопла (по першому контуру) показано в |, с. 17, тобто характер зміни осьової швидкості потоку по першому контуру - це перевернута /5 Крива зміни статичного тиску.

Зібрав це усе, ми можемо точно намалювати характер зміни осьових швидкостей та прискорень потоку по першому і другому контуру ТРДД.

Кінематичний аналіз зміни осьових швидкостей та прискорень потоку у ТРДД показує, що найбільш небезпечною зоною жорсткого динамічного удару є зона В. Уся сила жорсткого динамічного удару приходиться го на елементарний об'єм повітря у зоні січні В, тиск у котрому різко зростає, вибивається потужна ударна хвиля у коливальному режимі, фронт якої несе в собі зайвий тиск, який дорівнює тиску в цьому елементарному об'ємі повітря. На відміну від відкритих повітряних гвинтів ударна хвиля в зоні В ТРДД усю свою силу направляє проти потоку і за потоком. Ударна хвиля у коливальному режимі проти потоку при взльоті і наборі висоти до 400м різко зменшує СА, звеличує кут атаки і, що веде до зриву потоку з випуклої частини лопатки при одночасному с г Звеличенню аеродинамічного навантаження лопаток робочого колеса, що може привести до поломки лопаток, катастрофи. і)

Якщо зрив потоку зі спинок лопаток носить розвинений характер, наступає заглохання двигуна, катастрофа.

Ударна хвиля у коливальному режимі за потоком приводить до звеличення С. на вході у наступну лопатку, що приводить до зменшення кута атаки і, до розвиненого зриву потоку з вогнутої частини лопаток, заглохання, «Е зо катастрофи.

Джерела ударних хвиль (звука) у ТРДД, визначені кінематичним дослідом зміни осьових швидкостей та с прискорень потоку, а їх усього шість по першому і другому контуру, точно співпадають з експериментальними м. даними, ЦІЇ, с-425, мал. 14.7.

Кінематичний аналіз зміни осьових швидкостей та прискорень потоку у "сьогоденних" ТРД і ТРДД безперечно ме)

Зв Ддоказує, що в ТРДД, наприклад, по першому і другому контуру мають місце шість! кінематичних зон жорсткого ю динамічного удару, проміж котрими виникають інтерференційно-резонансні зони, які можуть привести не тільки до заглохання, але і до поломки двигуна при взльоті та наборі висоти до 400м, а також у польоті, включаючи посадку. Наприклад, відомо о вібраційному горінні палива, |), с. 152, коли інтерференційно-резонансна зона зупиняється у гарячій зоні факелу камери горіння, полум'я при цьому змінює свою траєкторію, іде миттєвий « прогар камери горіння, розпечені гази зі вторинним потоком повітря ідуть на "охолодження" дисків турбін, з с останні, нагріваючись, розлітаються.

Присутність у "сьогоденних" ТРДД шести кінематичних зон жорсткого динамічного удару означає присутність ;» шести конструктивних недоліків, з якими двигуну дають "добро" на польоти і як логічний результат суспільство отримує катастрофу "Руслана" з ТРДД Д-18 у м. Іркутську 06.12.97, катастрофи СУ-24 від 14.04.99, 22.04.99 та багато інших. с Виходячи з вищевикладеного, фізична суть безкінцевих катастроф, зв'язаних з повною або частковою втратою тяги двигунами з поломкою або без неї, елементарно проста: о вВзЗлЛЬОТ до 400М (ПО КНД І КВД). -І Завдяки присутності кінематичних зон жорсткого динамічного удару (зони В, К, С ) у зоні В, наприклад, генеруються потужні ударні хвилі у коливальному режимі, котрі направлені проти і за потоком. ю Ударні хвилі проти потоку у коливальному режимі гальмують останній, суттєво зменшуючи Са нижче ї» розрахункового значення, що веде до звеличення кута атаки на вхідних кромках лопаток першого робочого колеса КНД або КВД, розвиненому зриву потоку по спинкам лопаток, заглоханню або поломці лопаток КНД або

КВД завдяки звеличенню їх аеродинамічної навантажності, катастрофи. 5Б ВЗлЛЬОТ ДО 400М (ПО КАМЕРІ ГОРІННЯ).

Кінематичні зони жорсткого динамічного удару (зони В, К, С) у ТРД або ТРДД є генераторами потужних (Ф, ударних хвиль у коливальному режимі. Між цими зонами у наслідку накладення хвиль обов'язково виникають ка інтерференційно-резонансні зони, питома потуга котрих суттєво вище потуги окремо узятого джерела коливань потоку. Якщо інтерференційно-резонансна зона зупиняється у гарячій зоні факелу камери горіння, то полум'я бо факелу змінює свою траєкторію, іде миттєвий прогар стінок камери горіння, розпечені гази зі вторинним потоком повітря ідуть на "охолодження" дисків турбін, останні, нагріваючись, розлітаються. пПОлЛЬОТ, ВКЛЮЧАЮЧИ ПОСАДКУ.

При, наприклад, зменшенні режиму роботи ТРД або ТРДД статика у камері горіння миттєво (у залежності від прийомістості двигуна) зменшується. При цьому спільна дія ударних хвиль у коливальному режимі від зони В по 65 потоку у КВД та миттєве зменшення статичного тиску у камері горіння приводять до миттєвого нерозрахункового звеличення осьової швидкості потоку Са перед вхідними кромками лопаток останніх робочих коліс КВД перед камерою горіння, що приводить до зменшення кута атаки, розвиненому зриву потоку з вогнутої частини лопаток, заглоханню або поломці лопаток КВД завдяки звеличенню їх аеродинамічної навантажності, катастрофи.

Таким чином, головним недоліком "сьогоденних" турбореактивних двоконтурних двигунів будь-якої модифікації є наявність по першому і другому контуру шести конструктивних недоліків, котрі у роботі проявляються шістьома кінематичними зонами жорсткого динамічного удару, котрі являються генераторами потужних ударних хвиль у коливальному режимі , звука, що звеличує втрати потуги, що означає звеличення потреби палива, що одноряд зі звуком погіршує екологію навколишнього середовища, суттєво, особливо при взльоті, польоті, включаючи посадку, звужує і без того вузький діапазон стійкої роботи, що при звеличенні 7/0 щільності входящого потоку може привести до заглохання двигуна, катастрофи (знижається безпечність польотів), знижаються техніко-економічні показники двигуна, накладаються обмеження на Са, О, МУ, Мо.

Відомим також є осьовий вентилятор по патенту Мо2027902 (Способ создания тяги), ІЗ), у котрім кожне послідовне по ходу потоку робоче колесо обертається з наростанням оборотів при супутньому напрямі обертання.

Це дозволяє змінювати осьову швидкість потоку по строго синусоїдальному характеру, повністю виключаючи при цьому появу кінематичних зон жорсткого динамічного удару, що робить роботу цього осьового вентилятора безшумною, розширює діапазон стійкої роботи, покращує усі техніко-економічні показники, включаючи тягу, потребу палива, габарити, вагу та інші, знімає усі обмеження по Са, О, МУ4 М/о, окрім прочностних по лопатках.

Проте "Способ создания тяги" по патенту Мо 2027902 має один недолік, він показаний у відриві від Конструктивних елементів турбореактивних двигунів, тому ми будемо застосовувати патент Мо 2027902 по новому призначенню - для проектування і створення сьогоденних авіаційних двигунів нового покоління будь-якого класу, наприклад, для проектування турбореактивного двоконтурного двигуна, ставлячи при цьому задачу:

Задачею винаходу для турбореактивного двоконтурного двигуна є повне усунення кінематичних зон с доб Жорсткого динамічного удару, котрі є основою заглохання двигунів при взльоті і наборі висоти до 400м, а також о у польоті, включаючи посадку, шляхом введення плавного, наприклад, синусоїдального характеру зміни осьових швидкостей і прискорень потоку по усій довжині газодинамічного тракту двигуна, застосовуючи патент Мо 2027902 (Способ создания тяги) по новому призначенню: для проектування і створення авіаційних двигунів нового покоління будь-якого класу, що дає наступний технічний результат: «Е зо знижується децибельна характеристика двигуна, його робота стає практично безшумною, що, поряд із низькою потребою палива, суттєво покращує екологію навколишнього середовища; с повністю усунути такий небезпечний дефект як заглохання двигуна при взльоті і наборі висоти до 40Ом, а М також у польоті, включаючи посадку, оскільки на 30095 розширюється діапазон стійкої роботи на будь-яких режимах, а значить, підвищується безпечність польотів на будь-яких режимах. о поліпшуються усі техніко-економічні показники двигуна, включаючи тягу, витрату палива, габарити, вагу та ю інші; знімаються будь-які обмеження по Са, О, МУ4 Мо, крім прочностних по лопатках; досягнутий технічний результат дозволить зробити ці двигуни поза межами усякої конкуренції на світовому ринці. «

Задача вирішується тим, що у турбореактивний двоконтурний двигун, що включає дозвуковий в с повітрязабірник, компресор низького і високого тиску, двоконтурне реактивне сопло, у дозвуковому повітрязабірнику застосовуються по новому призначенню три робочих колеса осьового вен гилятора по патенту ;» Мо 2027902 (Способ создания тяги), останнє з котрих жорстко зв'язане з полим ротором компресора низького тиску, усередині якого по новому призначенню розташований циліндричний редуктор осьового вентилятора по патенту Мо 2027902 (Способ создания тяги), котрий з одного боку шийкою свого корпуса жорстко зв'язаний із с корпусом двигуна через диск направляючого апарата, розташованого між компресором низького і високого тиску, а з іншого боку осьовий вентилятор і циліндричний редуктор опираються на підшипник валу першого о робочого колеса осьового вентилятора, розташований у корпусі внутрішнього обтічника, жорстко зв'язаного з -І корпусом дозвукового повітрязабірника, при цьому полий ротор компресора низького тиску, котрий з одного боку Жорстко зв'язаний з третім робочим колесом осьового вентилятора дозвукового повітрязабірника, із другого боку о через диск останнього робочого колеса полого ротора компресора низького тиску зв'язаний із підшипником, ї» розташованим на нерухомій шийці корпуса циліндричного редуктора, привід якого здійснюється від передостаннього ротора турбіни, забезпечуючи через систему зубчатих передач циліндричного редуктора зростання оборотів робочих коліс осьового вентилятора дозвукового повітрязабірника по ходу потоку. 5Б Задача вирішується також тим, що в турбореактивний двоконтурний двигун, що включає дозвуковий повітрязабірник, компресор низького і високого тиску, двоконтурне реактивне сопло, у двоконтурному (Ф, реактивному соплі застосовуються по новому призначенню два (і більше) робочих колеса надзвукового осьового ка вентилятора по патенту Мо 2027902 (Способ создания тяги), перше з котрих жорстко зв'язане з останнім ротором турбіни, а друге робоче колесо надзвукового осьового вентилятора жорстко зв'язане з передостаннім ротором бо турбіни, а перед робочим колесом надзвукового осьового вентилятора у першому контурі розташовано направляючий апарат, при цьому газодинамічний зв'язок між робочими колесами роторів турбін забезпечує зростання оборотів робочих коліс надзвукового осьового вентилятора двоконтурного реактивного сопла по ходу потоку.

Задача вирішується також тим, що у турбореактивний двоконтурний двигун, що включає дозвуковий 65 Пповітрязабірник, компресор низького і високого тиску, двоконтурне реактивне сопло, лопатки робочих коліс і направляючих апаратів містять гідравлічні кути п. і Я», які забезпечують зміну осьових швидкостей потоку у звужаючомуся газодинамічному тракті, по плавному, наприклад, синусоїдальному характеру з обов'язковим виходом на вершини синусоїди на середньому робочому колесі осьового вентилятора дозвукового повітрязабірника, у вихідному січенні компресора високого тиску перед камерою горіння, у вихідному січенні двоконтурного реактивного сопла.

Принципова різниця запропонованого винаходу від прототипу полягає у методиці проектування. "Сьогоденна" методика безперспективна, оскільки породжує двигуни з грубими конструктивними помилками, у яких при роботі проявляються кінематичні зони жорсткого динамічного удару, наприклад, у "сьогоденних" ТРДД їх шість, вони є генераторами потужних ударних хвиль (звука), котрі при взльоті і наборі висоти до 40Ом, а /о також у польоті, включаючи посадку, призводять до різкого звуження і без того вузького діапазону стійкої роботи, а то й до повного занепаду його, що приводить до заглохання, катастрофи.

Запропонована методика проектування заснована на принципово новій формулі тяги

Ндж - РнЕн - Робо (2) й - й див. патент Мо 2027902 (Способ создания тяги), і новому, розробленому на її основі, науковому напрямку, що дозволяє проектувати безшумні двигуни нового покоління будь-якого класу, у яких цілком відсутні кінематичні зони жорсткого динамічного удару - генератори ударних хвиль, а це означає поліпшення екології, підвищення безпеки польотів на будь-яких режимах (на 30095 розширюється діапазон стійкої роботи), знімаються усі обмеження по Са, У, М/- МУ», поліпшуються всі техніко-економічні показники, включаючи тягу, потребу палива й інші, що зробить ці двигуни поза межами конкуренції на світовому ринці.

Винахід пояснюється кресленнями, де на фіг.1, представлено кінематичну схему ТРДД, а на фіг.2. газодинамічні характеристики по першому і другому контуру по будь-якому січенню.

Турбореактивний двоконтурний двигун складається з корпуса 1, до якого кріпляться корпус дозвукового в повітрязабірника 2, корпус двоконтурного реактивного сопла З, усередині яких розміщені ротора турбін 4, 5, 6, сч що служать для приводу у обертальний рух робочих коліс 7, 8, 9 осьового вентилятора по патенту Мо 2027902 (о) (Способ создания тяги), полого ротора компресора низького тиску 10, компресора високого тиску 11, робочих коліс 12, 13 надзвукового осьового вентилятора по патенту Мо 2027902 (Способ создания тяги) двоконтурного реактивного сопла, при цьому перед першим робочим колесом надзвукового осьового вентилятора у першому « контурі встановлений направляючий апарат 14, а усередині полого ротора компресора низького тиску розташований циліндричний редуктор 15 осьового вентилятора по патенту Мо 2027902, що зодного боку шийкою СМ корпуса 16 циліндричного редуктора жорстко зв'язаний з диском направляючого апарата 17, жорстко зв'язаного м з корпусом двигуна, а з другого боку осьовий вентилятор і циліндричний редуктор опираються через підшипник на корпус дозвукового повітрязабірника, а полий ротор компресора низького тиску з одного боку жорстко Ге) пов'язаний із третім по ходу потоку робочим колесом осьового вентилятора дозвукового повітрязабірника, а з ою другого боку через підшипник спирається на шийку корпуса циліндричного редуктора.

У критиці аналогів і в основі описання роботи турбореактивного двоконтурного двигуна застосовані такі позначення:

Кдж - тяга двигуна; « дю Ру - тиск навколишнього середовища; з

Її, - площа вхідної струмені у зоні спокійного потоку, що дає осьову складову сили Р, Е,; с Ро - статичний тиск на виході з двоконтурного реактивного сопла; :з» Ес - площа вихідного січення двоконтурного реактивного сопла;

Н - січення у спокійному потоці, розташовано на невеликій відстані від вхідного січення повітрязабірника; 15 Са - осьова швидкість входу потоку у робоче колесо; сл М - окружна швидкість по міделю;

МУ - відносна швидкість входу потоку в лопатки робочого колеса; (95) МУ2 - відносна швидкість виходу потоку з лопаток робочого колеса; - М(м/с) - ордината графіка зміни осьових швидкостей (Са) потоку уздовж осі двигуна;

Кс) - абсциса графіка зміни осьових швидкостей (Са) і прискорень (а) потоку уздовж осі двигуна; їмо) ЯМ/аТ (м/с) - ордината графіка зміни осьових прискорень потоку;

Їх» аМм/ак:- а - прискорення потоку;

В - графік зміни статичного тиску потоку уздовж осі двигуна;

М - графік зміни осьових швидкостей потоку уздовж осі двигуна;

В - січення входу потоку у вхідну кромку лопаток першого робочого колеса;

К - січення входу потоку в камеру горіння; (Ф) С - вихідне січення двоконтурного реактивного сопла; ко О - витрата газу; с - щільність газу; 60 Е, - площа і - го січення газодинамічного тракту;

Саї - осьова швидкість потоку у і-му січенні; руд - сила удару потоку у кінематичній зоні жорсткого динамічного удару; ту - секундна маса газового потоку через гвинт або двигун; ауд - сумарне прискорення потоку в кінематичній зоні жорсткого динамічного удару. 65 При дії теплоперепаду на робочих колесах роторів турбін 4, 5, 6 останні приводяться у обертання, при цьому газодинамічний зв'язок між робочими колесами роторів турбін забезпечує зменшення їх оборотів по ходу потоку, а привідні у обертання відповідними роторами турбін робочі колеса 7, 8, 9 осьового вентилятора дозвукового повітрязабірника 2, полий ротор компресора низького тиску 10, компресор високого тиску 11, робочі колеса 12, 13 надзвукового осьового вентилятора двоконтурного реактивного сопла 3, навпаки, збільшують обороти по ходу потоку, що зв'язано з підвищенням стійкості роботи лопаток усіх робочих коліс і розширенням на цій основі діапазону стійкої безпечної роботи. Привід робочих коліс 7, 8, 9 осьового вентилятора дозвукового повітрязабірника здійснюється ротором турбіни 5, розташованому у корпусі 1 двигуна, через циліндричний редуктор 15, зубчаті пари якого забезпечують зростання оборотів робочих коліс 7, 8, 9 по ходу потоку, це є ознакою того, що окружна швидкість по міделю ) робочих коліс 7, 8, 9 звеличується. Подивимося, 7/0 як здійснюється необхідний плавний 10095 синусоїдальний характер зміни осьових швидкостей і прискорень повітряного потоку, поступаючого у дозвуковий повітрязабірник, у якому застосовуються по новому призначенню три робочих колеса 7, 8, 9 осьового вентилятора по патенту Мо 2027902 (Способ создания тяги).

Нахил синусоїдальної характеристики зміни Са у компресорі низького і високого тиску (див.фіг.2) регламентує положення синусоїди на робочих колесах 7, 8, 9 осьового вентилятора дозвукового повітрязабірника. По необхідним швидкостям С а на вході і на виході кожної лопатки робочих коліс 7, 8, 9 за умови осьового входу у кожне наступне робоче колесо, тобто при умові відсутності направляючого апарата, будуються плани швидкостей на кожній із лопаток, а по планах швидкостей проектується профіль лопатки. Для робочих коліс 7, 8, 9 осьового вентилятора дозвукового повітрязабірника характерний профіль лопаток дозвуковий.

Величину зміни статичного тиску при синусоїдальній зміні осьової швидкості повітряного потоку у звужуючому газодинамічному тракті можна оцінити по зміні щільності потоку з рівняння цільності струменю: а - р/Б1Са1-роБ2Саз-сопсі, звідкіля ро-р/(Е1Са1/РоСа?) (3) . . . - с ре Природно, процес стиснення потоку при синусоїдальному характері зміни осьових швидкостей у звужуючомуся газодинамічному тракті починається вже на першому робочому колесі (див.фіг.2) графік Р, проте (о) цей процес стиснення здійснюється дуже плавно, і тільки на третьому робочому колесі 9 осьового вентилятора дозвукового повітрязабірника статичний тиск перевершує Рн. Все це сприяє безударному проходженню процесу стиснення потоку у зрівнянні з прототипом, що є незаперечною перевагою. - 20 Треба відзначити, що на середньому робочому колесі 8 осьового вентилятора дозвукового повітрязабірника, для плавності входження повітряного потоку у компресор низького тиску, виконується вихід на вершину с синусоїди, де Са досягає максимального значення після чого відбувається плавне зменшення С а по їм синусоїдальному характеру, але вже у компресорі низького і високого тиску, що досягається застосуванням відповідних гідравлічних кутів Б- і Я» лопаток робочих коліс і направляючих апаратів. Плани швидкостей со загальновідомі, див., наприклад, мал. б, третє робоче колесо. Треба позначити, що у вихідному січенні ю компресора високого тиску перед камерою горіння вихід на вершину синусоїди зміни Са обов'язковий. Це необхідно для того, щоб стиснений потік повітря безударно увійшов у камеру горіння з метою забезпечення стійкого горіння факела, цілком виключаючи при цьому вібраційне горіння палива.

Після спрацьовування теплоперепаду на робочих колесах роторів турбін 4, 5, б на кожному з них виділяється « 70 своя робота, яка, наприклад, для першого робочого колеса 12 надзвукового осьового вентилятора -в двоконтурного реактивного сопла, згідно до рівняння Бернуллі, витрачається на вакуумування і на прискорення с потоку. Для забезпечення осьового входу газового потоку у робоче колесо 12 по першому контуру перед ним :з» установлений направляючий апарат 14. Вибором відповідної відстані між направляючим апаратом 14 і першим робочим колесом 12 досягається повна відповідність статичних тисків Ї швидкостей потоку на вході в лопатку 415 робочого колеса 12 по першому і другому контуру. Оскільки між робочими колесами 12, 13 статика практично не сл змінюється, то підведена до робочого колеса 13 робота витрачає тільки на прискорення потоку. Синусоїдальний характер зміни осьових швидкостей потоку в двоконтурному реактивному соплі З забезпечується не тільки і95) гідравлічними кутами 0. і Я» лопаток робочих коліс 12, 13 надзвукового осьового вентилятора, але і -1 відповідним характером зміни площ січень газодинамічного тракту, при цьому вихід на вершину синусоїди по вихідному січенню двоконтурного реактивного сопла обов'язковий. Незначні похибки можуть бути скомпенсовані іме) регулюванням вихідного січення двоконтурного реактивного сопла. Потрібно відзначити, що безударний

Т» синусоїдальний характер зміни осьових швидкостей потоку у двоконтурному реактивному соплі З дозволяє зняти будь-які обмеження по Са, М, МУ4, Мо і вибрати таку осьову швидкість на вході в перше робоче колесо 12, щоб можна було стабілізувати газодинамічні параметри потоку по першому і другому контуру. Побудова планів 5 швидкостей для надзвукового осьового вентилятора двоконтурного реактивного сопла аналогічна побудові плану швидкостей для осьового вентилятора дозвукового повітрязабірника, різниця полягає в тому, що профіль

ГФ) лопаток робочих коліс 12, 13 надзвуковий.

Ге Таким чином, введення синусоїдального характеру зміни осьових швидкостей і прискорень потоку у робочих колесах 7, 8, 9 осьового вентилятора дозвукового повітрязабірника перед компресором низького тиску з во обов'язковим виходом на вершину Синусоїд і на другому робочому колесі 8, введення синусоїдального характеру зміни осьових швидкостей і прискорень потоку у компресорі низького і високого тиску з обов'язковим виходом на вершину синусоїди у вихідному січенні компресора високого тиску перед камерою горіння, введення синусоїдального характеру зміни осьових швидкостей і прискорень потоку у робочих колесах 12, 13 надзвукового осьового вентилятора двоконтурного реактивного сопла з обов'язковим виходом на вершину ве синусоїди у вихідному січенні двоконтурного реактивного сопла дозволяє цілком вирішити поставлену задачу.

Для турбореактивного двоконтурного двигуна цілком усунути кінематичні зони жорсткого динамічного удару,

що є основою заглохання двигунів при взльоті і наборі висоти до 400Ом, а також у польоті, включаючи посадку, шляхом введення плавного, наприклад, синусоїдального характеру зміни осьових швидкостей і прискорень потоку по всієї довжині газодинамічного тракту двигуна, застосовуючи при цьому патент Мо 2027902 (Способ боздания тяги) по новому призначенню для проектування і створення авіаційних двигунів нового покоління будь-якого класу, що дає наступний технічний результат: знижується децибельна характеристика двигуна, його робота стає практично безшумною, що, поряд із низькою витратою палива, істотно покращує екологію навколишнього середовища; повністю усувається такий небезпечний дефект як заглохання двигунів при взльоті і наборі висоти до 400м, /о а також у польоті, включаючи посадку, оскільки на 30095 розширюється діапазон стійкої роботи на будь-яких режимах, а виходить, підвищується безпека польотів на будь-яких режимах; поліпшуються всі техніко-економічні показники двигуна, включаючи тягу, витрату палива, габарити, вагу та інші. знімаються будь-які обмеження по Са, О, МУ Мо, крім прочностних по лопатках; досягнутий технічний результат дозволить зробити ці двигуни поза межами усякої конкуренції на світовому ринці.

На основі вищевикладеного можна констатувати:

Кінематичний аналіз зміни осьових швидкостей і прискорень потоку по газодинамічному тракту двигуна, вперше проведений нами для ТВД, ТРД, ТРДД, дозволяє, як лакмусовий папірець, миттєво виявити всі недоліки 2о останніх ії помітити шляхи їх повного усунення, цьому ця заявка на винахід виконана на високому науково-технічному рівні, має абсолютну наукову і технічну новизну, абсолютну патентну чистоту і цілком відповідає всім критеріям - вимогам винаходу.

Лист використаної літератури: 1. С.М. Шляхтенко. "Теория и расчет воздушнореактивньїх двигателей", Москва, Машиностроение, 1987г, 568 сч 25. 65. 2. П.К. Казанджан, Н.Д. Тихонов, А.К. Янко Теория авиационньїх двигателей, Москва, Машиностроение, (8) 1983Г, 224 с. 3. Б.Ш. Мамедов. Способ создания тяги, патент Мо 2027902, Бюл. Моз от 27.01.95г.

Claims (2)

« Формула винаходу сч - - - , , о ї-

1. Турбореактивний двоконтурний двигун, що включає дозвуковий повітрозабірник, компресор низького і високого тиску, двоконтурне реактивне сопло, який відрізняється тим, що у дозвуковому повітрозабірнику «О з5 Застосовуються три робочих колеса осьового вентилятора, останнє з котрих жорстко зв'язане з порожнистим ю ротором компресора низького тиску, усередині якого розташований циліндричний редуктор осьового вентилятора, що з одного боку шийкою свого корпуса жорстко зв'язаний із корпусом двигуна через диск направляючого апарата, розташованого між компресором низького і високого тиску, а з другого боку осьовий вентилятор і циліндричний редуктор спираються на підшипник вала першого робочого колеса осьового « 70 Вентилятора, розташований у корпусі внутрішнього обтічника, жорстко зв'язаного з корпусом дозвукового ш-в с повітрозабірника, при цьому порожнистий ротор компресора низького тиску, що з одного боку жорстко зв'язаний із третім робочим колесом осьового вентилятора дозвукового повітрозабірника, з другого боку через диск :з» останнього робочого колеса порожнистого ротора компресора низького тиску зв'язаний із підшипником, розташованим на нерухомій шийці корпуса циліндричного редуктора, привід якого здійснюється від передостаннього ротора турбіни, забезпечуючи через систему зубцюватих передач циліндричного редуктора с наростання оборотів робочих коліс осьового вентилятора дозвукового повітрозабірника по ходу потоку.

2. Турбореактивний двоконтурний двигун, що включає дозвуковий повітрозабірник, компресор низького і о високого тиску, двоконтурне реактивне сопло, який відрізняється тим, що в двоконтурному реактивному соплі - застосовуються два (і більше) робочих колеса надзвукового осьового вентилятора, перше з котрих жорстко зв'язане з останнім ротором турбіни, а друге робоче колесо надзвукового осьового вентилятора жорстко ко зв'язане з передостаннім ротором турбіни, а перед першим робочим колесом осьового вентилятора у першому Ї» контурі встановлений направляючий апарат, при цьому газодинамічний зв'язок між робочими колесами роторів турбін забезпечує наростання оборотів робочих коліс надзвукового осьового вентилятора двоконтурного реактивного сопла по ходу потоку.

З. Турбореактивний двоконтурний двигун по пп. 1, 2, який відрізняється тим, що лопатки робочих коліс і о направляючих апаратів містять гідравлічні кути Ві Ва, що забезпечують зміну осьових швидкостей і прискорень потоку у газодинамічному тракті, що звужується, плавно, наприклад синусоїдально, з обов'язковим о виходом на вершини синусоїди на середньому робочому колесі осьового вентилятора дозвукового повітрозабірника, у вихідному перерізі компресора високого тиску перед камерою горіння, у вихідному перерізі 60 двоконтурного надзвукового реактивного сопла. Офіційний бюлетень "Промислоава власність". Книга 1 "Винаходи, корисні моделі, топографії інтегральних мікросхем", 2003, М 2, 15.02.2003. Державний департамент інтелектуальної власності Міністерства освіти і науки України. б5